KR20230030379A - Silicon-photonics-based optical modulator - Google Patents

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유상화
김수연
박혁
이정찬
이준기
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한국전자통신연구원
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Abstract

Disclosed is a silicon photonics-based optical modulator, which comprises: first RF metal electrodes operated as ground; phase shifters disposed between the first RF metal electrodes to optically modulate an optical signal transmitted along an optical waveguide; second RF metal electrodes disposed between the phase shifters to provide each of the phase shifters with an RF electrical signal received from a driving driver located outside the optical modulator through one end; terminating resistors connected to the other end of the second RF metal electrodes; an inductive line disposed between the terminating resistors and a supply power source (Vcc) to apply a bias voltage to the optical modulator and the driving driver; and a silicon capacitor disposed between the terminating resistors and the supply power source to prevent deterioration in RF frequency response characteristics of a silicon photonics-based optical modulator due to the inductive line. Therefore, the overall RF frequency response characteristics of the optical modulator cannot be impaired.

Description

실리콘 포토닉스 기반 광변조기{SILICON-PHOTONICS-BASED OPTICAL MODULATOR}Silicon photonics based light modulator {SILICON-PHOTONICS-BASED OPTICAL MODULATOR}

본 발명은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광변조기를 구성하는 메탈 전극에 바이어스 전압을 공급하면서도 RF 주파수 응답 특성을 저해하지 않는 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon photonics-based light modulator, and more particularly, to a structure that does not impair RF frequency response characteristics while supplying a bias voltage to metal electrodes constituting the light modulator.

실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 기술은 상용 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 반도체 공정을 통해서 포토닉스 소자를 하나의 칩으로 집적화하는 기술이다. 이러한 실리콘 포토닉스 기술은 광통신 소자의 대량 생산을 통한 저가화, 2차원 또는 3차원 집적을 통한 소형화, 소자 반복 배치를 통한 대용량화를 가능하게 한다. 특히, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 최근 기하급수적으로 증가하는 데이터 센터 트래픽과 텔레콤 트래픽을 대처하기 위한 핵심 기능 소자로 고려되고 있다.Silicon photonics technology is a technology for integrating photonic devices into a single chip through a commercial CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) semiconductor process. Such silicon photonics technology enables low cost through mass production of optical communication devices, miniaturization through 2D or 3D integration, and high capacity through repeated arrangement of devices. In particular, silicon photonics-based light modulators are being considered as key functional devices to cope with data center traffic and telecom traffic that are recently increasing exponentially.

일례로, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 RF 전기신호를 공급하는 구동 드라이버와 연결되는 제1 RF 메탈 전극 연결부와 DC 공급 전압이 공급되는 제2 RF 메탈 전극 연결부를 포함할 수 있다. 구동 드라이버의 출력은 광변조기의 제1 RF 메탈 전극 연결부의 입력 에지로 입력되어 RF 메탈 전극들을 전파하면서 실리콘 광도파로들을 통해 전송되는 광신호를 변조할 수 있다.For example, the silicon photonics-based light modulator may include a first RF metal electrode connection part connected to a driving driver supplying an RF electrical signal and a second RF metal electrode connection part to which a DC supply voltage is supplied. An output of the driving driver may be input to an input edge of the first RF metal electrode connection part of the optical modulator to modulate an optical signal transmitted through silicon optical waveguides while propagating through the RF metal electrodes.

이때, RF 메탈 전극들의 종단 에지 부근에 위치한 제2 RF 메탈 전극 연결부는 종단저항(RL)이 각각 연결될 수 있다. 그리고, 이러한 종단 저항들은 DC 공급 전원(Vcc)과 연결될 수 있는데, 이를 통해 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 구동 드라이버를 동작 시킬 수 있다.In this case, the second RF metal electrode connection part located near the end edge of the RF metal electrodes may be connected to a terminating resistor RL. And, these terminating resistors can be connected to the DC supply power (Vcc), through which the driving driver of the silicon photonics-based light modulator can be operated.

뿐만 아니라, RF 메탈 전극들의 임의의 위치에 배치된 제3 RF 메탈 전극 연결부는 DC 공급 전원이 종단저항(RL) 없이 직접적으로 연결될 수 있는데, 이를 통해 실리콘 기반 광변조기의 위상 천이기에 원하는 바이어스 전압을 인가할 수 있다.In addition, the third RF metal electrode connection part disposed at an arbitrary position of the RF metal electrodes can directly connect the DC supply power without a termination resistor (RL), through which a desired bias voltage for the phase shift of the silicon-based light modulator can be obtained. can be authorized.

이러한 DC 공급 전원은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 구동 드라이버가 동작하는데 필수적이지만 RF 설계된 RF 메탈 전극들에 연결되기 때문에 광변조기의 전체 RF 주파수 응답 특성을 저해하는 심각한 문제점을 갖는다.Such a DC supply power is essential for the operation of silicon photonics-based light modulators and driving drivers, but has a serious problem of deteriorating overall RF frequency response characteristics of the light modulator because it is connected to RF-designed RF metal electrodes.

본 발명은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 구성하는 종단 저항 또는 RF 메탈 전극(종단저항 없이 직접 연결 경우)과 상기 광변조기의 외부에 위치한 공급 전원 사이에 실리콘 커패시터를 배치함으로써 RF 메탈 전극에 바이어스 전압을 공급하면서도 광변조기의 전체 RF 주파수 응답 특성을 저해하지 않는 구조를 제시한다.The present invention provides a bias voltage to the RF metal electrode by disposing a silicon capacitor between a terminating resistor or an RF metal electrode (in the case of direct connection without a terminating resistor) constituting a silicon photonics-based optical modulator and a supply power source located outside the optical modulator. However, we propose a structure that does not impair the overall RF frequency response characteristics of the light modulator.

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들; 상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들; 상기 위상 천이 기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들; 상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들; 상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및 상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 병렬로 배치되는 실리콘 커패시터를 포함할 수 있다. 이때, 실리콘 커패시터는 그라운드와 연결될 수 있다.An optical modulator based on silicon photonics according to an embodiment of the present invention includes first RF metal electrodes operating as ground; phase shifters disposed between the first RF metal electrodes to optically modulate an optical signal transmitted along an optical waveguide; second RF metal electrodes disposed between the phase shifters and providing an RF electrical signal received from a driving driver located outside the optical modulator through one end to each of the phase shifters; termination resistors connected to the other ends of the second RF metal electrodes; an inductive line disposed between the terminating resistor and a power supply (Vcc) to apply a bias voltage to the optical modulator and the driving driver; and a silicon capacitor disposed in parallel between the terminating resistor and a power supply to prevent deterioration of RF frequency response characteristics of the silicon photonics-based light modulator due to the inductive line. At this time, the silicon capacitor may be connected to the ground.

상기 실리콘 커패시터는 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고, 상기 트렌치 영역의 크기는 상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.The silicon capacitor may be disposed in a trench region formed on a substrate constituting the optical modulator, and a size of the trench region may be determined based on a size of the silicon capacitor.

상기 트렌치 영역은 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 RF 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정될 수 있다.The depth of the trench region may be determined such that heights of RF metal electrodes formed on the substrate constituting the optical modulator match a height of a pad of the silicon capacitor.

상기 실리콘 커패시터는 별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.The silicon capacitor may be separately manufactured and connected to a substrate constituting the optical modulator through wire bonding or bump bonding.

상기 실리콘 커패시터는 별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.The silicon capacitor may be disposed on a separate submount substrate and then connected to a substrate constituting the optical modulator.

상기 실리콘 커패시터는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 동일한 CMOS 반도체 공정을 통해 하나의 칩에 집적될 수 있다.The silicon capacitor may be integrated into a single chip through the same CMOS semiconductor process as the silicon photonics-based light modulator.

상기 제1 RF 메탈 전극들이 그라운드로 동작하지 않고, 상기 위상 천이기들 각각에 별도의 바이어스 전압을 인가하는 경우, 상기 제1 RF 메탈 전극들의 일단과 바이어스 전원들(Vb1, Vb2) 사이에 배치되는 추가 인덕티브 라인들; 및 상기 추가 인덕티브 라인들로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 제1 RF 메탈 전극들과 바이어스 전원들 사이에 배치되는 실리콘 커패시터를 더 포함할 수 있다.When the first RF metal electrodes do not operate as a ground and a separate bias voltage is applied to each of the phase shifters, one end of the first RF metal electrodes and the bias power supplies (Vb1, Vb2) Disposed between additional inductive lines; and a silicon capacitor disposed between the first RF metal electrodes and bias power supplies to prevent deterioration of RF frequency response characteristics of the silicon photonics-based optical modulator due to the additional inductive lines.

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 RF 전기 신호를 수신하는 RF 메탈 전극들; 상기 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들; 상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 바이어스 전원(Vbias)으로부터 제1 바이어스 전압을 공급 받는 바이어스 메탈 전극; 상기 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들; 상기 광변조기 및 구동 드라이버에 제2 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및 상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터를 포함할 수 있다.An optical modulator based on silicon photonics according to an embodiment of the present invention includes RF metal electrodes for receiving an RF electrical signal from a driving driver located outside the optical modulator; phase shifters disposed between the RF metal electrodes to optically modulate an optical signal transmitted along an optical waveguide; a bias metal electrode disposed between the phase shifters and receiving a first bias voltage from a bias power supply (Vbias) located outside the optical modulator through one end; termination resistors connected to the other ends of the RF metal electrodes; an inductive line disposed between the terminating resistor and a power supply (Vcc) to apply a second bias voltage to the optical modulator and the driving driver; and a silicon capacitor disposed between the terminating resistor and the power supply to prevent deterioration of RF frequency response characteristics of the silicon photonics-based light modulator due to the inductive line.

상기 실리콘 커패시터는 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고, 상기 트렌치 영역의 크기는 상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.The silicon capacitor may be disposed in a trench region formed on a substrate constituting the optical modulator, and a size of the trench region may be determined based on a size of the silicon capacitor.

상기 트렌치 영역은 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정될 수 있다.The depth of the trench region may be determined such that heights of metal electrodes formed on the substrate constituting the optical modulator match a height of a pad of the silicon capacitor.

상기 실리콘 커패시터는 별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.The silicon capacitor may be separately manufactured and connected to a substrate constituting the optical modulator through wire bonding or bump bonding.

상기 실리콘 커패시터는 별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.The silicon capacitor may be disposed on a separate submount substrate and then connected to a substrate constituting the optical modulator.

상기 실리콘 커패시터는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 동일한 CMOS 반도체 공정을 통해 하나의 칩에 집적될 수 있다.The silicon capacitor may be integrated into a single chip through the same CMOS semiconductor process as the silicon photonics-based light modulator.

상기 위상 천이기들은 상기 바이어스 메탈 전극을 통해 서로 직렬로 연결되어 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작할 수 있다.The phase shifters may be serially connected to each other through the bias metal electrode to operate in a series-push-pull structure.

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 RF 전기 신호를 수신하는 RF 메탈 전극들; 상기 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들; 상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 바이어스 전원(Vbias)으로부터 바이어스 전압을 공급 받는 바이어스 메탈 전극; 상기 RF 메탈 전극들의 타단을 서로 연결하는 종단 저항; 및 상기 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 AC 커플링하기 위하여 상기 RF 메탈 전극들의 전단에 배치되는 실리콘 커패시터를 포함할 수 있다.An optical modulator based on silicon photonics according to an embodiment of the present invention includes RF metal electrodes for receiving an RF electrical signal from a driving driver located outside the optical modulator; phase shifters disposed between the RF metal electrodes to optically modulate an optical signal transmitted along an optical waveguide; a bias metal electrode disposed between the phase shifters and receiving a bias voltage from a bias power supply (Vbias) located outside the optical modulator through one end; terminating resistors connecting the other ends of the RF metal electrodes to each other; and a silicon capacitor disposed at front ends of the RF metal electrodes to AC-couple an RF electrical signal received from the driving driver.

상기 실리콘 커패시터는 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고, 상기 트렌치 영역의 크기는 상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.The silicon capacitor may be disposed in a trench region formed on a substrate constituting the optical modulator, and a size of the trench region may be determined based on a size of the silicon capacitor.

상기 트렌치 영역은 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정될 수 있다.The depth of the trench region may be determined such that heights of metal electrodes formed on the substrate constituting the optical modulator match a height of a pad of the silicon capacitor.

상기 실리콘 커패시터는 별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.The silicon capacitor may be separately manufactured and connected to a substrate constituting the optical modulator through wire bonding or bump bonding.

상기 실리콘 커패시터는 별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.The silicon capacitor may be disposed on a separate submount substrate and then connected to a substrate constituting the optical modulator.

상기 실리콘 커패시터는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 동일한 CMOS 반도체 공정을 통해 하나의 칩에 집적될 수 있다.The silicon capacitor may be integrated into a single chip through the same CMOS semiconductor process as the silicon photonics-based light modulator.

상기 위상 천이기들은 상기 바이어스 메탈 전극을 통해 서로 직렬로 연결되어 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작할 수 있다.The phase shifters may be serially connected to each other through the bias metal electrode to operate in a series-push-pull structure.

본 발명은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 구성하는 종단 저항 또는 RF 메탈 전극(종단저항 없이 직접 연결 경우)과 상기 광변조기의 외부에 위치한 공급 전원 사이에 실리콘 커패시터를 배치함으로써 RF 메탈 전극에 바이어스 전압을 공급하면서도 광변조기의 전체 RF 주파수 응답 특성을 저해하지 않을 수 있다.The present invention provides a bias voltage to the RF metal electrode by disposing a silicon capacitor between a terminating resistor or an RF metal electrode (in the case of direct connection without a terminating resistor) constituting a silicon photonics-based optical modulator and a supply power source located outside the optical modulator. However, overall RF frequency response characteristics of the light modulator may not be impaired.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 산란계수를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 소형 커패시터가 배치되는 구조의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram illustrating a silicon photonics-based light modulator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing simulation results of scattering coefficients of a silicon photonics-based light modulator according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing an example of a structure in which a small capacitor is disposed in a silicon photonics-based light modulator according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a silicon photonics-based light modulator according to a second embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a silicon photonics-based light modulator according to a third embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a silicon photonics-based light modulator according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a silicon photonics-based light modulator according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 광도파로(101)로 입력된 광신호가 광분배기(102)를 통해 서로 다른 광도파로(103, 104)로 분리될 수 있다. 이때, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 광도파로(103, 104)를 따라 위상 천이기1(106)과 위상 천이기2(107)가 배치될 수 있는데, 위상 천이기1(106)과 위상 천이기2(107)는 병렬로 연결된 복수 개의 PN 다이오드로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , in the silicon photonics-based optical modulator 100 of the present invention, an optical signal input to an optical waveguide 101 may be separated into different optical waveguides 103 and 104 through an optical splitter 102. At this time, in the silicon photonics-based optical modulator 100, a phase shifter 1 106 and a phase shifter 2 107 may be disposed along the optical waveguides 103 and 104. The shifter 2 (107) may be composed of a plurality of PN diodes connected in parallel.

그리고, 위상 천이기1(106)을 사이에 두고 그라운드로 동작하는 RF 메탈 전극(108)과 구동 드라이버(200)로부터 수신되는 RF 전기신호를 위상 천이기1(106)에 제공하는 RF 메탈 전극(109)이 배치될 수 있고, 위상 천이기2(107)을 사이에 두고 그라운드로 동작하는 RF 메탈 전극(110)과 구동 드라이버(200)로부터 수신되는 RF 전기신호를 위상 천이기2(107)에 제공하는 RF 메탈 전극(111)이 배치될 수 있다.In addition, an RF metal electrode 108 operating as a ground with the phase shifter 1 106 interposed therebetween and an RF metal electrode providing an RF electric signal received from the driving driver 200 to the phase shifter 1 106 ( 109) may be disposed, and the RF electric signal received from the RF metal electrode 110 and the driving driver 200 operating as a ground with the phase shifter 2 (107) interposed therebetween is transmitted to the phase shifter 2 (107). An RF metal electrode 111 provided may be disposed.

구동 드라이버(200)의 출력 중 "Signal" RF 전기신호와 "Inverse Signal" RF 전기신호가 각각 RF 메탈 전극(109) 및 RF 메탈 전극(111)의 좌측 에지 부근에 입력될 수 있다. 이때, RF 메탈 전극(109, 111)을 전파하는 RF 전기신호와 광도파로(103, 104)를 전파하는 광신호의 전파속도를 일치시킬 수 있으며, 이는 진행파 광변조기(Traveling Wave Modulator) 기술로 알려져 있다.Among the outputs of the driving driver 200, a “Signal” RF electrical signal and an “Inverse Signal” RF electrical signal may be input near left edges of the RF metal electrode 109 and the RF metal electrode 111, respectively. At this time, the propagation speed of the RF electrical signal propagating through the RF metal electrodes 109 and 111 and the optical signal propagating through the optical waveguides 103 and 104 can be matched, which is known as a traveling wave modulator technology. there is.

RF 메탈 전극(109)과 RF 메탈 전극(111)의 우측 에지 부근에는 각각 종단저항(112)과 종단저항(113)이 연결될 수 있으며, 광도파로(103, 104)를 따라 전파되는 각각의 광신호는 위상천이기1(106)과 위상천이기2(107)에 의해서 변조된 후 광결합기(105)를 통해 광결합될 수 있다.A terminating resistor 112 and a terminating resistor 113 may be connected near right edges of the RF metal electrode 109 and the RF metal electrode 111, respectively, and each optical signal propagated along the optical waveguides 103 and 104 After being modulated by the phase shifter 1 (106) and the phase shifter 2 (107), may be optically coupled through the optical combiner (105).

실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100) 및 광변조기(100)의 외부에 위치한 구동 드라이버(200)의 동작을 위해 종단저항(112, 113)의 후단에 DC 전압을 제공하기 위한 공급 전원(

Figure pat00001
)(130)이 연결될 수 있다. 이때, RF 메탈 전극(108, 109, 110, 111)은 RF 설계가 되어있지만 종단저항(112, 113)과 공급 전원(130)사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line)(114)은 RF 설계가 어려울 수 있다.Supply power for providing DC voltage to the rear ends of the termination resistors 112 and 113 for the operation of the silicon photonics-based optical modulator 100 and the driving driver 200 located outside the optical modulator 100 (
Figure pat00001
) 130 may be connected. At this time, the RF metal electrodes 108, 109, 110, and 111 are designed for RF, but the inductive line 114 disposed between the terminating resistors 112 and 113 and the power supply 130 is designed for RF. can be difficult

인덕티브 라인(114)은 ①실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 구현된 광변조기 칩 상에 형성되어 있는 금속선, ②광변조기 칩과 외부 PCB(Printed Circuit Board) 사이의 금속 인터페이스(예를 들어, 와이어본드(Wirebond), 솔더 범프(Solder Bump) 등), 그리고 ③외부 PCB 상에서 형성되어 있는 금속선 등을 포함할 수 있다. 여기서 외부 PCB는 하나의 예시일 뿐 같은 역할을 하는 별도의 서브마운트 기판이나 반도체 칩 등이 될 수 있다.The inductive line 114 includes ① a metal line formed on the light modulator chip in which the silicon photonics-based light modulator 100 is implemented, and ② a metal interface between the light modulator chip and an external printed circuit board (PCB) (eg, wire bonds, solder bumps, etc.), and ③ metal lines formed on an external PCB. Here, the external PCB is just one example and may be a separate submount board or semiconductor chip that plays the same role.

인덕티브 라인(114)이 갖는 인덕턴스로 인해서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 갖는 RF 주파수 응답 특성이 열화되는데, 통상적으로 이용되는 와이어본드 금속선의 경우, 0.5-1.0 nH/mm의 인덕턴스를 갖는 것으로 알려져 있다.Due to the inductance of the inductive line 114, the RF frequency response characteristic of the silicon photonics-based optical modulator 100 is deteriorated. In the case of a wirebond metal line that is commonly used, it is found to have an inductance of 0.5-1.0 nH/mm. It is known.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 종단저항(112 또는 113)과 공급 전원(130) 사이에 소형 커패시터(115)가 배치될 수 있다. 이때, 소형 커패시터는 ①실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 구현된 광변조기 칩 상에 구현되거나, ②광변조기 칩과 별도로 제작되어 와이어본드 또는 솔더 범프를 통해 연결되거나, ③캐패시터를 포함하고 있는 별도의 서브마운트 기판 반도체 칩과 연결될 수 있다.In the present invention, in order to solve this problem, a small capacitor 115 may be disposed between the terminating resistor 112 or 113 of the silicon photonics-based light modulator 100 and the power supply 130. In this case, the small capacitor is ① implemented on the light modulator chip in which the silicon photonics-based light modulator 100 is implemented, ② manufactured separately from the light modulator chip and connected through a wire bond or solder bump, or ③ a separate capacitor containing a capacitor. The submount substrate of the semiconductor chip may be connected.

이러한 구조를 통해 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 공급 전원(130) 사이에 인덕티브 라인(114)이 존재하더라도, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 RF 주파수 특성을 저해하지 않으면서 광변조기(100) 및 구동 드라이버(200)의 동작에 필요한 DC 형태의 공급 전압을 제공할 수 있다.Through this structure, even if the inductive line 114 exists between the silicon photonics-based optical modulator 100 and the power supply 130, the optical modulator ( 100) and a DC-type supply voltage necessary for the operation of the driving driver 200.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 산란계수를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing simulation results of scattering coefficients of a silicon photonics-based light modulator according to an embodiment of the present invention.

도 2의 (a)는 인덕티브 라인(114)의 인덕턴스 값에 따라서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 S11 시뮬레이션 결과이고, 도 2의 (b)는 인덕티브 라인(114)의 인덕턴스 값에 따라서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 S21 시뮬레이션 결과이다. 도 2를 참고하면, 인덕티브 라인(114)의 인덕턴스 값이 0nH에서 0.5nH, 1nH로 인덕턴스가 증가할수록 RF 전기신호 반사 특성이 열화되는 것을 알 수 있다. Figure 2 (a) is the S11 simulation result of the silicon photonics-based light modulator 100 according to the inductance value of the inductive line 114, Figure 2 (b) is according to the inductance value of the inductive line 114 This is the S21 simulation result of the silicon photonics-based light modulator 100. Referring to FIG. 2 , it can be seen that as the inductance value of the inductive line 114 increases from 0nH to 0.5nH to 1nH, the RF electrical signal reflection characteristic deteriorates.

통상적으로 S11< -10dB 이하의 값을 가져야 한다. 또한 인덕턱스가 증가할 수록 RF 전기신호의 감쇄 특성이 열화되는데 30GHz 주파수(m1으로 표시된 부분)에서 0nH의 경우 -6.2dB의 손실 값을 갖지만 0.5nH의 경우 -8.3dB, 1nH의 경우 -12.1dB의 손실로 급격히 증가함을 확인할 수 있다. 즉, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)에 인덕티브 라인(114)을 통해 공급 전원(130)을 연결함에 따라서 전체 주파수 특성이 열화되는 심각한 문제를 갖게 된다.Normally, S11 < -10dB or less. In addition, as the inductance increases, the attenuation characteristics of the RF electrical signal deteriorate. In the case of 0nH at 30GHz frequency (part marked m1), it has a loss value of -6.2dB, but in the case of 0.5nH, -8.3dB, and in the case of 1nH, -12.1dB. It can be seen that the loss of That is, as the power supply 130 is connected to the silicon photonics-based optical modulator 100 through the inductive line 114, a serious problem is that overall frequency characteristics are deteriorated.

이러한 문제를 해결하기 위하여 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 종단저항(112 또는 113)과 공급 전원(130) 사이에 소형 커패시터(115)가 배치될 수 있다. 도 2의 (a) 및 (b)를 참고하면, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 소형 커패시터(115)를 포함하는 경우(bold-line), 인덕티브 라인이 없는 경우인 0nH (narrow-line)와 동일한 S11, S21 주파수 응답 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.To solve this problem, a small capacitor 115 may be disposed between the terminating resistor 112 or 113 of the silicon photonics-based light modulator 100 and the power supply 130 . Referring to (a) and (b) of FIG. 2 , when the silicon photonics-based light modulator 100 includes the small capacitor 115 (bold-line), 0nH (narrow-line) when there is no inductive line ) It can be seen that it has the same S11 and S21 frequency response characteristics.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a silicon photonics-based light modulator according to a second embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 종단저항(112, 113)과 공급 전원(130) 사이에 소형 커패시터(115)가 연결되는 구조뿐만 아니라, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 동작에 요구되는 또 다른 바이어스 전압이 RF 메탈 전극(108, 110)과 인가되는 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 3 , a structure in which a small capacitor 115 is connected between the terminating resistors 112 and 113 of the silicon photonics-based optical modulator 100 and the power supply 130, as well as the silicon photonics-based optical modulator 100 Another bias voltage required for the operation of may have a structure in which the RF metal electrodes 108 and 110 are applied.

실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 최적의 변조 성능을 위해서 위상천이기1(106)과 위상천이기2(107)에 특정 바이어스 전압을 인가하여 조절해주어야 한다. 도 3과 같이 RF 메탈 전극(108)과 RF 메탈 전극(110)에 바이어스 전원(

Figure pat00002
)(131)과 바이어스 전원(
Figure pat00003
)(132)이 각각 연결되어 RF 메탈 전극(108 또는 110)에 DC 전압을 인가할 수 있다.In the silicon photonics-based optical modulator 100, specific bias voltages must be applied to and adjusted to phase shifter 1 106 and phase shifter 2 107 for optimal modulation performance. As shown in FIG. 3, the bias power supply to the RF metal electrode 108 and the RF metal electrode 110 (
Figure pat00002
) 131 and the bias power supply (
Figure pat00003
) 132 may be connected to apply a DC voltage to the RF metal electrode 108 or 110.

위상 천이기1(106)의 PN 다이오드 양단에 걸리는 전압은

Figure pat00004
으로 나타낼 수 있고, 위상 천이기2(107)의 PN 다이오드 양단에 걸리는 전압은
Figure pat00005
으로 나타낼 수 있다. 여기서
Figure pat00006
은 광변조기(100)의 종단저항 값을 나타내고,
Figure pat00007
Figure pat00008
는 각각 바이어스 전원(131) 및 바이어스 전원(132)의 출력 전압 값을 나타내며,
Figure pat00009
Figure pat00010
는 광변조기(100)를 구성하는 RF 메탈 전극(108) 및 RF 메탈 전극(110)을 흐르는 DC 전류 값을 나타낸다.The voltage across the PN diode of phase shifter 1 (106) is
Figure pat00004
, and the voltage across the PN diode of phase shifter 2 (107) is
Figure pat00005
can be expressed as here
Figure pat00006
represents the terminating resistance value of the light modulator 100,
Figure pat00007
class
Figure pat00008
Represents the output voltage values of the bias power supply 131 and the bias power supply 132, respectively,
Figure pat00009
class
Figure pat00010
represents a DC current value flowing through the RF metal electrode 108 and the RF metal electrode 110 constituting the light modulator 100 .

통상적으로는 위상 천이기1(106)과 위상 천이기2(107)는 역전압이 걸리기 때문에

Figure pat00011
관계를 만족할 수 있다. 참고로 도 1과 같이 RF 메탈 전극(108)과 RF 메탈 전극(110)이 그라운드(GND)와 연결되어 있으면 위상 천이기1(106) 및 위상 천이기2(107)에는
Figure pat00012
DC 전압이 인가될 수 있다.Normally, phase shifter 1 (106) and phase shifter 2 (107) receive reverse voltage, so
Figure pat00011
relationship can be satisfied. For reference, as shown in FIG. 1, if the RF metal electrode 108 and the RF metal electrode 110 are connected to the ground (GND), the phase shifter 1 (106) and the phase shifter 2 (107)
Figure pat00012
A DC voltage may be applied.

실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 RF 메탈 전극(108)과 RF 메탈 전극(110)은 인덕티브 라인(116) 및 인덕티브 라인(118)을 통해 각각 바이어스 전원(131) 및 바이어스 전원(132)과 연결될 수 있다. 이때, 인턱티브 라인(116, 118)은 금속선이기 때문에 도 1와 같이 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 RF 주파수 응답 특성을 저해할 수 있다. The RF metal electrode 108 and the RF metal electrode 110 of the silicon photonics-based optical modulator 100 are connected to the bias power supply 131 and the bias power supply 132 through the inductive line 116 and the inductive line 118, respectively. can be connected with At this time, since the inductive lines 116 and 118 are metal lines, as shown in FIG. 1 , RF frequency response characteristics of the silicon photonics-based optical modulator 100 may be impaired.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 RF 메탈 전극(108)과 바이어스 전원(131) 사이에 소형 커패시터(117)를 삽입하고, RF 메탈 전극(110)과 바이어스 전원(132) 사이에 소형 커패시터(119)를 삽입함으로써 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지할 수 있다.In order to solve this problem, the present invention inserts a small capacitor 117 between the RF metal electrode 108 and the bias power supply 131, and inserts a small capacitor 119 between the RF metal electrode 110 and the bias power supply 132. ), it is possible to prevent deterioration of the RF frequency response characteristics of the silicon photonics-based light modulator 100.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 소형 커패시터가 배치되는 구조의 일례를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing an example of a structure in which a small capacitor is disposed in a silicon photonics-based optical modulator according to a second embodiment of the present invention.

본 발명에서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 연결되는 소형 커패시터는 도 4와 같이 별도의 제작된 실리콘 커패시터(117 또는 119)가 될 수 있다. 여기서 실리콘 커패시터(117 또는 119)의 수는 2개로 제한하는 것은 아니며 단수 또는 하나 이상의 복수개가 될 수 있다. 실리콘 커패시터(117 또는 119)는 크기가 매우 작으면서도 큰 커패시턴스를 가질 수 있다. 본 발명에서는 실리콘 커패시터(117 또는 119)를 하나의 실시예로 기술하고 있으며 콤팩트한 크기이면서 실리콘 포토닉스 칩에 구현 또는 연결 가능한 다양한 종류의 소형 커패시터를 이용할 수 있다.In the present invention, a small capacitor connected to the silicon photonics-based light modulator 100 may be a separately manufactured silicon capacitor 117 or 119 as shown in FIG. 4 . Here, the number of silicon capacitors 117 or 119 is not limited to two and may be singular or one or more. The silicon capacitor 117 or 119 may have a large capacitance while being very small in size. In the present invention, the silicon capacitor 117 or 119 is described as one embodiment, and various types of small capacitors that are compact and can be implemented or connected to a silicon photonics chip can be used.

도 4를 참고하면, 본 발명의 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 트렌치 공정을 통해 실리콘 커패시터(117 또는 119)의 길이 x 폭 x 높이와 일치하도록 광변조기(100)를 구성하는 기판 상에 실리콘 커패시터 실장부(120 또는 121)가 형성됨으로써 Chip-to-Chip 패키징 난이도를 줄일 수 있다.Referring to FIG. 4 , the silicon photonics-based optical modulator 100 of the present invention is formed on a silicon substrate constituting the optical modulator 100 to match the length x width x height of a silicon capacitor 117 or 119 through a trench process. The difficulty of chip-to-chip packaging can be reduced by forming the capacitor mounting unit 120 or 121 .

한편, 본 발명은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 공급 전원(130) 사이의 인덕턴스의 영향을 없애는 기술이기 때문에 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 실리콘 커패시터(117 또는 119) 사이의 전기적 연결선의 길이를 최소화해야 한다.On the other hand, since the present invention is a technology for eliminating the effect of inductance between the silicon photonics-based light modulator 100 and the power supply 130, the electrical connection between the silicon photonics-based light modulator 100 and the silicon capacitor 117 or 119 length should be minimized.

이를 위해, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)를 구성하는 RF 메탈 전극(108, 110)의 패드 및 그라운드(GND) 패드의 높이를 실리콘 커패시터(117 또는 119)의 패드 높이와 일치하도록 함으로써 연결을 위해 추가되는 전기적 연결선의 길이를 최소화할 수 있다.To this end, the heights of the pads of the RF metal electrodes 108 and 110 constituting the silicon photonics-based optical modulator 100 and the ground (GND) pad are matched with the height of the pad of the silicon capacitor 117 or 119, so that for connection The length of the additional electrical connection line can be minimized.

이러한 실리콘 커패시터(117 또는 119)는 상기 설명과 같이 별도로 제작되어 연결되는 구조를 가질 수도 있고 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 실리콘 커패시터(117 또는 119)가 CMOS 반도체 공정을 통해 한 번에 제작될 수도 있다. The silicon capacitors 117 or 119 may have a structure that is manufactured and connected separately as described above, or the silicon photonics-based light modulator 100 and the silicon capacitors 117 or 119 may be manufactured at once through a CMOS semiconductor process. may be

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a silicon photonics-based light modulator according to a third embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 위상 천이기1(106)과 위상 천이기2(107)가 서로 직렬 연결된 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작 될 수 있다. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)로 구동 드라이버(200)로부터 RF 전기신호가 입력되고 광변조기(100) 및 구동 드라이버(200)의 동작을 위해서 종단저항(112 또는 113)의 후단에 공급 전원(130)이 연결된다.Referring to FIG. 5 , the silicon photonics-based light modulator 100 can be operated in a series-push-pull structure in which a phase shifter 1 106 and a phase shifter 2 107 are serially connected to each other. . An RF electrical signal is input from the drive driver 200 to the silicon photonics-based light modulator 100, and a power supply 130 is supplied to the rear end of the terminating resistor 112 or 113 for the operation of the light modulator 100 and the drive driver 200. ) is connected.

이때, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 공급 전원(130) 사이에 금속선 형태의 인덕티브 라인(114)이 존재하더라도, 본 발명에서 제안하는 소형 커패시터(115)가 연결되어 있기 때문에 광변조기(100)의 RF 주파수 응답 특성을 저해하지 않으면서 광변조기(100) 및 구동 드라이버(200)의 동작에 필요한 DC 전압을 공급할 수 있다.At this time, even if the inductive line 114 in the form of a metal line exists between the silicon photonics-based light modulator 100 and the power supply 130, the light modulator 100 It is possible to supply a DC voltage required for the operation of the optical modulator 100 and the driving driver 200 without impairing the RF frequency response characteristics of the ).

이때, 직렬 푸시풀 구조로 동작하는 광변조기(100)는 바이어스 전원(VBIAS)(142)과 연결된 인덕티브 라인(141)을 통해 바이어스 메탈 전극(140)으로 DC 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 바이어스 메탈 전극(140)은 RF 메탈 전극(108 또는 110)과 독립적이기 때문에 "Inductive" 하거나 "Resistive" 하더라도 광변조기(100)의 전체 RF 주파수 응답 특성에 영향을 주지 않을 수 있다.In this case, in the optical modulator 100 operating in a series push-pull structure, a DC voltage may be applied to the bias metal electrode 140 through the inductive line 141 connected to the bias power source V BIAS 142 . Here, since the bias metal electrode 140 is independent of the RF metal electrode 108 or 110, even if it is “inductive” or “resistive,” the overall RF frequency response characteristics of the optical modulator 100 may not be affected.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a silicon photonics-based light modulator according to a fourth embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 AC 커플링된 RF 전기 신호를 입력 받기 위한 소형 커패시터(122 또는 123)가 RF 메탈 전극(108 또는 110)의 입력단에 각각 배치될 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the silicon photonics-based light modulator 100, a small capacitor 122 or 123 for receiving an AC-coupled RF electrical signal may be disposed at an input terminal of an RF metal electrode 108 or 110, respectively. .

상기의 도 1 내지 도 5의 실시예에서는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 종단저항(112, 113)과 공급 전원(130)의 인덕턴스 금속선의 영향을 없애기 위함으로 소형 커패시터(115)를 그라운드와 연결하였다. In the embodiments of FIGS. 1 to 5, in order to eliminate the influence of the terminal resistors 112 and 113 of the silicon photonics-based light modulator 100 and the inductance metal line of the power supply 130, a small capacitor 115 is connected to the ground. connected.

그러나 도 6의 실시예에서는 RF 메탈 전극(108 또는 110)의 입력단을 AC 커플링하기 위하여 소형 커피시터(122 또는 123)가 RF 메탈 전극(108 또는 110)의 입력단에 각각 배치될 수 있다.However, in the embodiment of FIG. 6 , a small coffee sitter 122 or 123 may be disposed at the input terminal of the RF metal electrode 108 or 110, respectively, in order to AC-couple the input terminal of the RF metal electrode 108 or 110.

구동 드라이버(200)와 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100) 사이는 매우 짧은 RF 인터페이스가 요구되기 때문에 본 발명에서 제안하는 소형 커패시터(122 또는 123)를 이용함으로써 RF 손실은 최소화 하면서 AC 커플링이 가능할 수 있다.Since a very short RF interface is required between the driving driver 200 and the silicon photonics-based optical modulator 100, AC coupling can be performed while minimizing RF loss by using the small capacitor 122 or 123 proposed in the present invention. there is.

실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 도 6과 같이 직렬 푸시풀 구조로 동작하는 경우, 광변조기(100)는 바이어스 전원(VBIAS)(142)과 연결된 인덕티브 라인(141)을 통해 바이어스 메탈 전극(140)으로 DC 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 바이어스 메탈 전극(140)은 RF 메탈 전극(108 또는 110)과 독립적이기 때문에 "Inductive" 하거나 "Resistive" 하더라도 광변조기(100)의 전체 RF 주파수 응답 특성에 영향을 주지 않을 수 있다.When the silicon photonics-based light modulator 100 operates in a serial push-pull structure as shown in FIG. 6 , the light modulator 100 uses a bias metal electrode through an inductive line 141 connected to a bias power supply (V BIAS ) 142. A DC voltage may be applied to 140 . Here, since the bias metal electrode 140 is independent of the RF metal electrode 108 or 110, even if it is “inductive” or “resistive,” the overall RF frequency response characteristics of the optical modulator 100 may not be affected.

한편, 도 6에서 제공하는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 RF 메탈 전극(108 및 110)이 종단저항(112)을 통해 서로 연결될 수 있으며, 이를 통해 광변조기(100)의 특성 임피던스와 임피던스 매칭이 수행될 수 있다.Meanwhile, in the silicon photonics-based light modulator 100 provided in FIG. 6, the RF metal electrodes 108 and 110 may be connected to each other through a termination resistor 112, and impedance matching with the characteristic impedance of the light modulator 100 through this. this can be done

이와 같은 도 6의 일시예는 다른 일시예들과는 달리, 종단에 DC 전원이 공급되지 않는 구조이므로 해당 구조에 이용되는 드라이버는 광변조기단에서 DC 전원의 공급이 없이도 동작할 수 있는 종류일 수 있다.Unlike the other examples, the example of FIG. 6 has a structure in which DC power is not supplied to the terminal, so the driver used in the structure may be a type that can operate without supplying DC power at the light modulator stage.

한편, 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.Meanwhile, the method according to the present invention is written as a program that can be executed on a computer and can be implemented in various recording media such as magnetic storage media, optical reading media, and digital storage media.

본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체) 또는 전파 신호에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.Implementations of the various techniques described herein may be implemented in digital electronic circuitry, or in computer hardware, firmware, software, or combinations thereof. Implementations may be a computer program product, i.e., an information carrier, e.g., a machine-readable storage, for processing by, or for controlling, the operation of a data processing apparatus, e.g., a programmable processor, computer, or plurality of computers. It can be implemented as a computer program tangibly embodied in a device (computer readable medium) or a radio signal. A computer program, such as the computer program(s) described above, may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, and may be written as a stand-alone program or in a module, component, subroutine, or computing environment. It can be deployed in any form, including as other units suitable for the use of. A computer program can be deployed to be processed on one computer or multiple computers at one site or distributed across multiple sites and interconnected by a communication network.

컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.Processors suitable for processing a computer program include, by way of example, both general and special purpose microprocessors, and any one or more processors of any kind of digital computer. Generally, a processor will receive instructions and data from read only memory or random access memory or both. Elements of a computer may include at least one processor that executes instructions and one or more memory devices that store instructions and data. In general, a computer may include, receive data from, send data to, or both, one or more mass storage devices that store data, such as magnetic, magneto-optical disks, or optical disks. It can also be combined to become. Information carriers suitable for embodying computer program instructions and data include, for example, semiconductor memory devices, for example, magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, compact disk read only memory (CD-ROM) ), optical media such as DVD (Digital Video Disk), magneto-optical media such as Floptical Disk, ROM (Read Only Memory), RAM (RAM) , Random Access Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), and the like. The processor and memory may be supplemented by, or included in, special purpose logic circuitry.

또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.In addition, computer readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and may include both computer storage media and transmission media.

본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.Although this specification contains many specific implementation details, they should not be construed as limiting on the scope of any invention or what is claimed, but rather as a description of features that may be unique to a particular embodiment of a particular invention. It should be understood. Certain features that are described in this specification in the context of separate embodiments may also be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features that are described in the context of a single embodiment can also be implemented in multiple embodiments individually or in any suitable subcombination. Further, while features may operate in particular combinations and are initially depicted as such claimed, one or more features from a claimed combination may in some cases be excluded from that combination, and the claimed combination is a subcombination. or sub-combination variations.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.Similarly, while actions are depicted in the drawings in a particular order, it should not be construed as requiring that those actions be performed in the specific order shown or in the sequential order, or that all depicted actions must be performed to obtain desired results. In certain cases, multitasking and parallel processing can be advantageous. Further, the separation of various device components in the embodiments described above should not be understood as requiring such separation in all embodiments, and the program components and devices described may generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products. You have to understand that you can.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is obvious to those skilled in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented.

100 : 실리콘 포토닉스 기반 광변조기
101, 103, 104 : 광도파로
102 : 광분배기
105 : 광결합기
106 : 위상 천이기1
107 : 위상 천이기2
108, 109, 110, 111 : RF 메탈 전극
112, 113 : 종단 저항
114 : 인덕티브 라인
115 : 소형 커패시터
130 : 공급 전원
200 : 구동 드라이버
100: silicon photonics based light modulator
101, 103, 104: optical waveguide
102: optical splitter
105: optical coupler
106: phase transition 1
107: phase transition 2
108, 109, 110, 111: RF metal electrode
112, 113: termination resistance
114: inductive line
115: small capacitor
130: supply power
200: drive driver

Claims (19)

실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들;
상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들;
상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들;
상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및
상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
를 포함하는 광변조기.
In the silicon photonics-based optical modulator,
first RF metal electrodes operating as a ground;
phase shifters disposed between the first RF metal electrodes to optically modulate an optical signal transmitted along an optical waveguide;
second RF metal electrodes disposed between the phase shifters and providing an RF electric signal received from a driving driver located outside the optical modulator through one end to each of the phase shifters;
termination resistors connected to the other ends of the second RF metal electrodes;
an inductive line disposed between the terminating resistor and a power supply (Vcc) to apply a bias voltage to the optical modulator and the driving driver; and
A silicon capacitor disposed between the terminating resistor and the power supply to prevent deterioration of RF frequency response characteristics of the silicon photonics-based optical modulator due to the inductive line.
An optical modulator comprising a.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고,
상기 트렌치 영역의 크기는,
상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정되는 광변조기.
According to claim 1,
The silicon capacitor,
disposed in a trench region formed on a substrate constituting the light modulator;
The size of the trench region is
An optical modulator determined based on the size of the silicon capacitor.
제2항에 있어서,
상기 트렌치 영역은,
상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 RF 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정되는 광변조기.
According to claim 2,
The trench region,
The optical modulator having a depth determined such that a height of RF metal electrodes formed on a substrate constituting the optical modulator matches a height of a pad of the silicon capacitor.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
According to claim 1,
The silicon capacitor,
An optical modulator manufactured separately and connected to a substrate constituting the optical modulator through wire bonding or bump bonding.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
According to claim 1,
The silicon capacitor,
An optical modulator disposed on a separate submount substrate and then connected to a substrate constituting the optical modulator.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 동일한 CMOS 반도체 공정을 통해 하나의 칩에 집적되는 광변조기.
According to claim 1,
The silicon capacitor,
A light modulator integrated into a single chip through the same CMOS semiconductor process as the silicon photonics-based light modulator.
제1항에 있어서,
상기 제1 RF 메탈 전극들이 그라운드로 동작하지 않고, 상기 위상 천이기들 각각에 별도의 바이어스 전압을 인가하는 경우, 상기 제1 RF 메탈 전극들의 일단과 바이어스 전원들(Vb1, Vb2) 사이에 배치되는 추가 인덕티브 라인들; 및
상기 추가 인덕티브 라인들로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 제1 RF 메탈 전극들과 바이어스 전원들 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
를 더 포함하는 광변조기.
According to claim 1,
When the first RF metal electrodes do not operate as a ground and a separate bias voltage is applied to each of the phase shifters, one end of the first RF metal electrodes and the bias power supplies (Vb1, Vb2) Disposed between additional inductive lines; and
A silicon capacitor disposed between the first RF metal electrodes and bias power supplies to prevent deterioration of RF frequency response characteristics of the silicon photonics-based optical modulator due to the additional inductive lines.
An optical modulator further comprising a.
실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 RF 전기 신호를 수신하는 RF 메탈 전극들;
상기 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 바이어스 전원(Vbias)으로부터 제1 바이어스 전압을 공급 받는 바이어스 메탈 전극;
상기 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들;
상기 광변조기 및 구동 드라이버에 제2 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및
상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
를 포함하는 광변조기.
In the silicon photonics-based optical modulator,
RF metal electrodes receiving RF electrical signals from a driving driver located outside the light modulator;
phase shifters disposed between the RF metal electrodes to optically modulate an optical signal transmitted along an optical waveguide;
a bias metal electrode disposed between the phase shifters and receiving a first bias voltage from a bias power supply (Vbias) located outside the optical modulator through one end;
termination resistors connected to the other ends of the RF metal electrodes;
an inductive line disposed between the terminating resistor and a power supply (Vcc) to apply a second bias voltage to the optical modulator and the driving driver; and
A silicon capacitor disposed between the terminating resistor and the power supply to prevent deterioration of RF frequency response characteristics of the silicon photonics-based optical modulator due to the inductive line.
An optical modulator comprising a.
제8항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고,
상기 트렌치 영역의 크기는,
상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정되는 광변조기.
According to claim 8,
The silicon capacitor,
disposed in a trench region formed on a substrate constituting the light modulator;
The size of the trench region is
An optical modulator determined based on the size of the silicon capacitor.
제9항에 있어서,
상기 트렌치 영역은,
상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정되는 광변조기.
According to claim 9,
The trench region,
The light modulator having a depth determined such that a height of metal electrodes formed on a substrate constituting the light modulator and a height of a pad of the silicon capacitor match.
제8항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
According to claim 8,
The silicon capacitor,
An optical modulator manufactured separately and connected to a substrate constituting the optical modulator through wire bonding or bump bonding.
제8항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
According to claim 8,
The silicon capacitor,
An optical modulator disposed on a separate submount substrate and then connected to a substrate constituting the optical modulator.
제8항에 있어서,
상기 위상 천이기들은,
상기 바이어스 메탈 전극을 통해 서로 직렬로 연결되어 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작하는 광변조기.
According to claim 8,
The phase shifters,
An optical modulator operating in a series-push-pull structure by being serially connected to each other through the bias metal electrode.
실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 RF 전기 신호를 수신하는 RF 메탈 전극들;
상기 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 바이어스 전원(Vbias)으로부터 바이어스 전압을 공급 받는 바이어스 메탈 전극;
상기 RF 메탈 전극들의 타단을 서로 연결하는 종단 저항; 및
상기 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 AC 커플링하기 위하여 상기 RF 메탈 전극들의 전단에 배치되는 실리콘 커패시터
를 포함하는 광변조기.
In the silicon photonics-based optical modulator,
RF metal electrodes receiving RF electrical signals from a driving driver located outside the light modulator;
phase shifters disposed between the RF metal electrodes to optically modulate an optical signal transmitted along an optical waveguide;
a bias metal electrode disposed between the phase shifters and receiving a bias voltage from a bias power supply (Vbias) located outside the optical modulator through one end;
terminating resistors connecting the other ends of the RF metal electrodes to each other; and
A silicon capacitor disposed in front of the RF metal electrodes to AC-couple the RF electrical signal received from the driving driver
An optical modulator comprising a.
제14항에 있어서,
상기 실림콘 커패시터는,
상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고,
상기 트렌치 영역의 크기는,
상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정되는 광변조기.
According to claim 14,
The silicon cone capacitor,
disposed in a trench region formed on a substrate constituting the light modulator;
The size of the trench region is
An optical modulator determined based on the size of the silicon capacitor.
제15항에 있어서,
상기 트렌치 영역은,
상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정되는 광변조기.
According to claim 15,
The trench region,
The light modulator having a depth determined such that a height of metal electrodes formed on a substrate constituting the light modulator and a height of a pad of the silicon capacitor match.
제14항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
According to claim 14,
The silicon capacitor,
An optical modulator manufactured separately and connected to a substrate constituting the optical modulator through wire bonding or bump bonding.
제14항에 있어서,
상기 실리콘 커패시터는,
별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
According to claim 14,
The silicon capacitor,
An optical modulator disposed on a separate submount substrate and then connected to a substrate constituting the optical modulator.
제14항에 있어서,
상기 위상 천이기들은,
상기 바이어스 메탈 전극을 통해 서로 직렬로 연결되어 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작하는 광변조기.
According to claim 14,
The phase shifters,
An optical modulator operating in a series-push-pull structure by being serially connected to each other through the bias metal electrode.
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